EP4018534A1 - Statorkühlung - Google Patents

Statorkühlung

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EP4018534A1
EP4018534A1 EP20753282.1A EP20753282A EP4018534A1 EP 4018534 A1 EP4018534 A1 EP 4018534A1 EP 20753282 A EP20753282 A EP 20753282A EP 4018534 A1 EP4018534 A1 EP 4018534A1
Authority
EP
European Patent Office
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stator
electrical machine
groove
coolant
laminated core
Prior art date
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Granted
Application number
EP20753282.1A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP4018534B1 (de
Inventor
Christian Nolte
Nicolai Gramann
Matthias Gramann
Patrick Gramann
Christian Morgen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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Publication of EP4018534A1 publication Critical patent/EP4018534A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4018534B1 publication Critical patent/EP4018534B1/de
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H02K3/345—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/48—Fastening of windings on the stator or rotor structure in slots
    • H02K3/487—Slot-closing devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/197—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator

Definitions

  • the invention relates to the cooling of a stator for an electrical machine and a corresponding method for operating an electrical machine.
  • waveguide cooling is also known, for example, from German patent application DE 10 2017 119 033 A1.
  • waveguide cooling With pure waveguide cooling, the heat from the laminated core is also dissipated via the waveguide, which means that the corresponding amount of heat must first pass through the insulation paper around the conductor and the conductor itself before they reach a coolant inside the waveguide.
  • the stator in the laminated core and other components requires a clearance adjustment, which also leads to corresponding air gaps in the slots of the stator. Since air has a thermally insulating effect, this contributes to the aggravation of the problem set out above.
  • thermal loads which can occur during the operation of an electrical machine, must be taken into account in the design of the electrical machine and therefore make appropriate overdrafts necessary.
  • the lifespan of materials could be significantly increased by reducing temperature fluctuations, for example, and it would also be possible to use cheaper materials.
  • the object of the invention is therefore to improve the cooling of a stator of an electrical Ma machine.
  • the stator according to the invention for an electrical machine comprises a laminated core and turns of an electrical conductor guided at least in sections in slots of the stator.
  • a spacer is provided which ensures a defined distance between the electrical conductor and the laminated core in a groove.
  • a corresponding spacer is preferably provided for each groove.
  • the spacer ensures the defined distance between the electrical conductor and the laminated core, the spacer transfers forces between the electrical conductor and the laminated core. As a result, the spacer also has the function of holding and transmitting a drive torque of the electrical machine.
  • the spacer is a groove insert.
  • This is preferably made of electrically insulating material and is preferably designed like a cage.
  • the webs of the slot insert ensure a distance between the electrical conductor and the laminated core in the groove, and the spaces between the webs provide space for the flow of a coolant.
  • the design of the slot insert can, if necessary, be adapted to various types of winding, for example to I-pin, hairpin, flat wire wave windings, or to any type of round or shaped wire winding.
  • the groove insert is designed as a closed surface towards a groove opening which in the electrical machine faces an air gap to a rotor of the electrical machine. If the groove insert is glued into the groove, for example, the adhesive can also serve as a seal. Leakage between the metal sheets of the stator, for example, is small due to the hydraulic resistance and can be further reduced by appropriate design measures.
  • a basic fastening of a groove insert in a respective groove can be done for example via one or more locking lugs.
  • the spacer is provided by two fixing disks, preferably made of electrically insulating material, provided on axially opposite ends of the stator; “Axial” here refers to an axis of rotation around which a rotor of the electrical machine rotates when the electrical machine is in operation.
  • the fixing washers can also take on the role of a stator carrier.
  • At least one cap is provided which is sealed off from the laminated core of the stator and defines an area for receiving a coolant in the vicinity of winding heads of the stator. The end windings are then completely surrounded by coolant, and coolant can get into the slots of the stator from the defined area.
  • an area for receiving a coolant can be defined at both ends of the stator, in each case by a corresponding cap sealed off from the laminated core.
  • each fixing washer preferably has a closed contour on the inner circumference of the stator, which results in an improved seal with the caps.
  • a coolant in a slot, preferably in all slots, between the electrical conductor and the laminated core.
  • This is preferably an electrically non-conductive fluid, for example transformer oil.
  • the electrical machine according to the invention has a stator as described above ben.
  • a separator for coolant is provided which is designed to return coolant that has escaped from the stator into a cooling circuit of the stator.
  • the stator is mechanically connected to a housing of the electrical machine via an electrically insulating torque support.
  • basic insulation of the stator is achieved without the need for insulation material in the grooves, as a result of which the heat dissipation through the coolant is again significantly improved.
  • This possibility of achieving basic insulation is described in more detail in German patent application DE 10 2019 118 122. It is then sufficient to limit oneself to functional insulation of the electrical conductor in the grooves.
  • the method according to the invention for operating an electrical machine described above is characterized in that a coolant flows through an intermediate space between electrical conductor and laminated core in a groove of the stator of the electrical machine. The gap results from the defined distance between the electrical conductor and the laminated core, which is ensured by the spacer.
  • Figure 1 shows a cross section through a slot of a stator according to the invention.
  • Figure 2 shows an embodiment of a groove insert.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a groove insert inserted into a groove.
  • FIG. 4 shows a plan view of a groove insert inserted into a groove.
  • FIG. 5 shows a perspective view of a stator according to the invention.
  • FIG. 6 shows a section through part of a stator according to the invention.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a stator according to the invention.
  • FIG. 8 shows a section of a fixing disk.
  • FIG. 9 shows a plan view of a groove.
  • Figure 10 shows an embodiment of an electrical Ma machine according to the invention.
  • FIG. 11 shows a further embodiment of an electrical machine according to the invention.
  • Fig. 1 shows a cross section through a groove 12 in a partially shown Blechpa ket 11 of a stator according to the invention.
  • the groove 12 there are electrical conductors 2, which are surrounded with an insulating coating 21 for the purpose of functional insulation.
  • an insulating coating 21 for the purpose of functional insulation.
  • the defined distance 22 ensures that the coolant 100 is distributed around all electrical conductors 2 and can also come into contact with the delimitations, i.e. the wall, of the groove 12 over the full area, in order to ensure an optimal heat exchange between the conductors 2 and to achieve the coolant 100 and between the laminated core 11 and the coolant 100.
  • the slot insert 3 is cage-like and comprises a large number of bars 31.
  • the bars 31 ensure the defined distance 22 in a groove 12 between electrical conductors 2 and between electrical conductors 2 and delimitations of the groove 12.
  • the spaces between the bars 31 offer space for the flow of a coolant 100.
  • the groove insert 3 On one side of the groove insert 3, the latter has a closed surface 32. In an electrical machine, this side is oriented towards an air gap towards the rotor and thus seals the groove 12 against the air gap in order to prevent coolant 100 from leaking out.
  • FIG. 3 shows a perspective view of part of a laminated core 11, with a groove 12 into which a groove insert 3 is inserted. There are also electrical conductors 2 in the groove
  • the groove insert 3 is fastened to the laminated core 11 by a locking lug 33.
  • 4 shows a plan view of part of a laminated core 11 with a groove 12.
  • a groove insert 3 is inserted into the groove 12, as already described above.
  • the closed surface 32 formed on the groove insert 3 is also shown.
  • FIG. 5 shows a perspective view of a stator 1 according to the invention with a laminated core 11. Winding heads 23 of the electrical conductors are shown.
  • caps 5 are provided which, in the assembled state of the arrangement shown, define an area for coolant 100 around the winding heads 23. Sealing rings 51 are provided here for sealing between the area for coolant 100 and the laminated core 11 of the stator 1.
  • the caps 5 have an inlet or outlet 52 for coolant 100.
  • FIG. 6 shows a section through part of a stator 1. It shows winding heads 23, caps 5 and regions 53 for coolant 100 around the winding heads 23, which are defined by the caps 5.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a stator 1 according to the invention with a laminated core 11.
  • the spacer is provided by two fixing disks 4 at the axial ends of the stator 1.
  • the fixing disk 4 has locking knobs 41 for fixing the electrical conductor 2 in order to ensure the defined distances 22 in the grooves 12.
  • the fixing disk 4 also has a closed contour 42 on the radially inner circumference of the stator 1, which favors the sealing of the laminated core 11 and the tight connection with caps 5.
  • FIG. 8 shows a detail from one of the fixing disks 4 used in the embodiment shown in FIG. 7.
  • the locking knobs 41 and the closed contour 42 can be seen.
  • FIG. 9 shows a top view of a groove 12 with an overlying fixing disk 4 from which only part is shown. Also shown are the electrical conductors 2 of the windings of the stator 1, which are placed in the groove 12 and fixed by locking knobs 41. Part of the closed contour 42 can also be seen.
  • 10 shows an embodiment of an electrical machine 200 according to the invention.
  • the electrical machine 200 comprises a stator 1 according to the invention, a rotor 300, a housing 400 and a shaft 301 of the rotor 300.
  • a moment support 13 is provided made of electrically insulating material, which mechanically connects the stator 1 to the housing 400, in the embodiment shown, without restricting the invention thereto, by a screw connection 14.
  • This achieves mechanical fixation of the stator 1 with respect to the housing 400 without creating an electrically conductive connection between the stator 1 and housing 400 is given. Therefore, a required basic insulation is achieved without having to use Isolationsma material in the slots 12 of the stator 1. By dispensing with the insulation material in the grooves 12, the heat transfer from the electrical conductor 2 to the coolant 100 is improved.
  • the shaft 301 which carries the rotor 300, has a flange 70 made of electrically insulating material at both ends.
  • Each flange 70 is mechanically connected to a flange 81, for example, and without restricting the invention thereto, via a screw connection 71.
  • Each flange 81 in turn is connected to a bearing shaft 82.
  • Each bearing shaft 82 is received in a bearing 80 which is provided in the housing 400.
  • FIG. 10 shows a sectional view through the electrical machine 200, in which only part of the electrical machine 200 is shown on one side of the axis of rotation 500.
  • the axis of rotation 500 also defines the axial direction for the stator 1 in the context of this application.
  • FIG. 11 shows a further embodiment of an electrical machine 200 according to the invention.
  • the elements shown have largely already been explained in the context of FIG.
  • the difference between the embodiment shown here and the embodiment shown in FIG. 10 consists in the design of the torque support 13 electrically insulating material.
  • the torque support 13 is attached to the front side on a projection 410 of the housing 400.
  • mechanical fixation of the stator 1 with respect to the housing 400 is achieved without there being an electrically conductive connection between the stator 1 and the housing 400.
  • the torque support 13 is here connected to the stator 1 and projection 410 by screw connections 14, without the invention being restricted thereto.

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Abstract

In einem Stator (1) einer elektrischen Maschine (200) wird durch einen Abstandshalter (3, 4) ein definierter Abstand (22) zwischen elektrischem Leiter (2) der Wicklungen und Blechpaket (11) in Nuten (12) des Stators (1) gewährleistet. Der so erhaltene Zwischenraum dient als Strömungspfad für ein Kühlmittel (100).

Description

STATORKÜHLUNG
Die Erfindung betrifft die Kühlung eines Stators für eine elektrische Maschine und ein dementsprechendes Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine.
Beim Betrieb einer elektrischen Maschine entsteht in der elektrischen Maschine Wärme, einmal durch die ohmschen Verluste in den elektrischen Leitern, welche die Wicklungen der Maschine bilden, andererseits auch durch Wirbelströme und Hysterese in Blechpa keten der elektrischen Maschine.
In diesem Zusammenhang ist es etwa bekannt, einen Stator einer solchen elektrischen Maschine durch einen Wassermantel zu kühlen, welcher einen Statorträger umgibt und gegen ein Gehäuse abgedichtet ist. Hierbei ist ein Wärmeleitungspfad von den elektri schen Leitern der Wicklungen über das Blechpaket des Stators zum Wassermantel rela tiv lang. Nachteilig kommt hinzu, dass die in Nuten des Stators angeordneten Wicklun gen von einem elektrischen Isolationsmaterial, etwa Isolationspapier, umgeben sind, welches eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit als Metalle im Stator aufweist, wodurch sich ein erheblicher Temperaturgradient über den Querschnitt des Isolations materials ergibt. Trotz Kühlung durch den Wassermantel ist daher die Temperatur der elektrischen Leiter in den Nuten im Dauerbetrieb relativ hoch, so dass wenig Spielraum für zusätzliche Erwärmung bei kurzzeitigem Spitzenlastbetrieb verbleibt. Zu berücksich tigen ist hier auch, dass der spezifische elektrische Widerstand von Kupfer und Alumini- um, der üblicherweise für die elektrischen Leiter verwendeten Materialien, mit zuneh mender Temperatur steigt; damit sinkt die Effizienz der elektrischen Maschine mit zu nehmender Temperatur der elektrischen Leiter.
Ein anderer Lösungsansatz in diesem Zusammenhang ist die Hohlleiterkühlung, welche beispielsweise auch aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 119 033 A1 be- kannt ist. Bei reiner Hohlleiterkühlung wird auch die Wärme aus dem Blechpaket über die Hohlleiter abgeführt, was bedeutet, dass die entsprechenden Wärmemengen zu nächst das Isolationspapier um die Leiter und den Leiter selbst durchlaufen müssen, ehe sie ein Kühlmittel im Inneren des Hohlleiters erreichen. Aus Montagetoleranzgründen ist beim Stator bei Blechpaket und weiteren Komponenten eine Spielanpassung erforderlich, welche zu entsprechenden Luftspalten auch in den Nuten des Stators führt. Da Luft thermisch isolierend wirkt, trägt dies zur Verschärfung der oben dargelegten Problematik bei. Die vorgenannten thermischen Belastungen, welche beim Betrieb einer elektrischen Maschine auftreten können, müssen bei der konstruktiven Auslegung der elektrischen Maschine berücksichtigt werden und machen daher entsprechende Überauslegungen erforderlich. Dabei könnten etwa durch Verringerung von Temperaturschwankungen die Lebensdauern von Werkstoffen deutlich erhöht werden, ebenso wäre es mitunter mög- lieh, günstigere Werkstoffe einzusetzen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Kühlung eines Stators einer elektrischen Ma schine zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stator gemäß Anspruch 1 , eine entsprechende elektrische Maschine gemäß Anspruch 7, und ein zugehöriges Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine gemäß Anspruch 10. Die Unteransprüche enthalten jeweils vorteilhafte Weiterbildungen.
Der erfindungsgemäße Stator für eine elektrische Maschine umfasst ein Blechpaket und Windungen aus einem zumindest abschnittsweise in Nuten des Stators geführten elektrischen Leiter. Erfindungsgemäß ist ein Abstandshalter vorgesehen, der in einer Nut einen definierten Abstand zwischen dem elektrischen Leiter und dem Blechpaket gewährleistet. Bevorzugt ist selbstverständlich für jede Nut ein entsprechender Ab standshalter vorgesehen.
Aufgrund des definierten Abstandes ergibt sich in der Nut ein Zwischenraum zwischen elektrischem Leiter und dem Blechpaket des Stators. Dieser Zwischenraum bildet einen Pfad für ein Kühlmittel, welches bei Betrieb der elektrischen Maschine durch den Zwi schenraum strömen kann. Auf diese Weise kann zum einen Wärme aus dem elektri schen Leiter über die gesamte Leiterfläche in der Nut in das Kühlmittel übertreten. Zum anderen kann auch Wärme aus dem Blechpaket über die gesamte Nutfläche in das Kühlmittel übertreten. Somit ist eine effiziente Kühlung des Stators, also von elektri- schem Leiter wie von Blechpaket, erzielbar, sogar bei geringen Wärmeübergangskoeffi zienten zwischen Kühlmittel und Leiter bzw. Blechpaket, und bei geringem Volumen strom. Der Abstandshalter garantiert dabei die Positionierung des Leiters in der Nut und hält damit den Strömungspfad für das Kühlmittel offen.
Da der Abstandshalter den definierten Abstand zwischen dem elektrischen Leiter und dem Blechpaket gewährleistet, überträgt der Abstandshalter Kräfte zwischen elektri schem Leiter und Blechpaket. In der Folge kommt dem Abstandshalter auch die Funkti on zu, ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine zu halten und zu übertragen.
In einer Ausführungsform ist der Abstandshalter ein Nuteinsatz. Dieser ist bevorzugt aus elektrisch isolierendem Material und vorzugsweise käfigartig ausgebildet. Durch Stege des Nuteinsatzes ist ein Abstand zwischen elektrischem Leiter und Blechpaket in der Nut gewährleistet, die Zwischenräume zwischen den Stegen bieten Raum für die Strö mung eines Kühlmittels. Der Nuteinsatz kann in seiner Ausgestaltung erforderlichenfalls an diverse Arten der Wicklung angepasst sein, beispielsweise an I-Pin-, Hairpin-, Flach drahtwellenwicklungen, oder an jede Art von Rund- oder Formdrahtwicklung.
Um im Betrieb ein Auslaufen des Kühlmittels zu vermeiden, ist der Nuteinsatz in einer Ausführungsform zu einer Nutöffnung hin, welche in der elektrischen Maschine einem Luftspalt zu einem Rotor der elektrischen Maschine zugewandt ist, als eine geschlosse ne Fläche ausgebildet. Wird der Nuteinsatz etwa in die Nut geklebt, so kann der Kleb stoff zusätzlich als Abdichtung dienen. Eine Leckage etwa zwischen den Blechen des Stators hindurch ist aufgrund des hydraulischen Widerstands gering und kann durch entsprechende konstruktive Maßnahmen noch verringert werden.
Eine grundlegende Befestigung eines Nuteinsatzes in einer jeweiligen Nut kann bei spielsweise über eine oder mehrere Arretiernasen erfolgen.
In einer anderen Ausführungsform ist der Abstandshalter durch zwei an axial gegen überliegenden Enden des Stators vorgesehene Fixierscheiben, bevorzugt aus elektrisch isolierendem Material, gegeben; „axial“ bezieht sich hier auf eine Drehachse, um welche sich ein Rotor der elektrischen Maschine bei Betrieb der elektrischen Maschine dreht. In den Fixierscheiben sind Arretierungsnoppen für den elektrischen Leiter vorgesehen, durch welche der elektrische Leiter jeweils fixiert wird, wodurch wiederum eine definierte Position des elektrischen Leiters in einer jeweiligen Nut erzielt wird. Die Fixierscheiben können zusätzlich die Rolle eines Statorträgers übernehmen.
In einer Ausführungsform des Stators ist mindestens eine gegenüber dem Blechpaket des Stators abgedichtete Kappe vorgesehen, welche in einer Umgebung von Wickel köpfen des Stators einen Bereich zur Aufnahme eines Kühlmittels definiert. Dabei sind dann die Wickelköpfe vollständig von Kühlmittel umgeben, und Kühlmittel kann aus dem definierten Bereich in die Nuten des Stators gelangen. Insbesondere kann an beiden Enden des Stators jeweils ein Bereich zur Aufnahme eines Kühlmittels definiert sein, jeweils durch eine entsprechende gegenüber dem Blechpaket abgedichtete Kappe.
Werden Fixierscheiben als Abstandshalter verwendet, so weist vorzugsweise jede Fi xierscheibe eine geschlossene Kontur am inneren Umfang des Stators auf, wodurch sich eine verbesserte Abdichtung mit den Kappen ergibt.
Insbesondere in einem betriebsbereiten Stator befindet sich in einer Nut, vorzugsweise in allen Nuten, zwischen elektrischem Leiter und Blechpaket ein Kühlmittel. Dieses ist bevorzugt ein elektrisch nicht leitendes Fluid, beispielsweise Transformatoröl.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine hat einen Stator wie vorstehend beschrie ben. In einer Ausführungsform ist ein Abscheider für Kühlmittel vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, aus dem Stator ausgetretenes Kühlmittel in einen Kühlkreislauf des Sta- tors zurückzuführen.
In einer Ausführungsform ist der Stator über eine elektrisch isolierende Momentenab stützung mit einem Gehäuse der elektrischen Maschine mechanisch verbunden. Auf diese Weise wird eine Basisisolierung des Stators erzielt, ohne dass dazu in den Nuten Isolationsmaterial erforderlich ist, wodurch die Wärmeabführung durch das Kühlmittel nochmals deutlich verbessert ist. Diese Möglichkeit zur Erzielung einer Basisisolierung ist näher beschrieben in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2019 118 122. Es ist dann ausreichend, sich in den Nuten auf eine Funktionsisolierung des elektrischen Lei ters zu beschränken. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer vorstehend beschriebenen elektri schen Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass ein Zwischenraum zwischen elektri schem Leiter und Blechpaket in einer Nut des Stators der elektrischen Maschine von einem Kühlmittel durchströmt wird. Der Zwischenraum ergibt sich dabei durch den defi- nierten Abstand zwischen elektrischem Leiter und Blechpaket, der durch den Abstands halter gewährleistet ist.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Zeich nungen näher beschrieben.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Nut eines erfindungsgemäßen Stators.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Nuteinsatzes.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines in eine Nut eingesetzten Nutein satzes.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht eines in eine Nut eingesetzten Nuteinsatzes.
Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Stators.
Figur 6 zeigt einen Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Stators.
Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators.
Figur 8 zeigt einen Ausschnitt einer Fixierscheibe.
Figur 9 zeigt eine Draufsicht auf eine Nut.
Figur 10 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Ma schine.
Figur 11 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine.
Die schematischen Figuren stellen nur Beispiele dar, wie die Erfindung ausgestaltet sein kann, ohne die Erfindung dabei auf die konkret gezeigten Beispiele zu beschränken. In der Beschreibung der Figuren genannte Bezugszeichen nehmen allgemein auf die Ge samtheit der Figuren Bezug.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Nut 12 in einem teilweise gezeigten Blechpa ket 11 eines erfindungsgemäßen Stators. In der Nut 12 befinden sich elektrische Leiter 2, welche mit einer isolierenden Lackierung 21 zwecks Funktionsisolierung umgeben sind. Zwischen den Leitern 2 untereinander sowie zwischen den Leitern 2 und dem Blechpaket 11 , also der Wandung der Nut 12, ist jeweils ein definierter Abstand 22 ge geben. Dieser wird durch einen hier nicht dargestellten Abstandshalter erzielt. Durch den definierten Abstand 22 ist gewährleistet, dass das Kühlmittel 100 sich um alle elektrischen Leiter 2 herum verteilen und ebenso möglichst vollflächig mit den Begren zungen, also der Wandung, der Nut 12 in Kontakt treten kann, um einen optimalen Wärmeaustausch zwischen den Leitern 2 und dem Kühlmittel 100 sowie zwischen dem Blechpaket 11 und dem Kühlmittel 100 zu erzielen.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines aus einem elektrisch isolierenden Material ge- fertigten Nuteinsatzes 3, wie er im erfindungsgemäßen Stator als Abstandshalter ver wendet werden kann. Der Nuteinsatz 3 ist käfigartig und umfasst eine Vielzahl von Ste gen 31. Die Stege 31 gewährleisten in einer Nut 12 den definierten Abstand 22 zwi schen elektrischen Leitern 2 untereinander und zwischen elektrischen Leitern 2 und Be grenzungen der Nut 12. Die Zwischenräume zwischen den Stegen 31 bieten Raum für die Strömung eines Kühlmittels 100. An einer Seite des Nuteinsatzes 3 weist dieser eine geschlossene Fläche 32 auf. Diese Seite ist in einer elektrischen Maschine zu einem Luftspalt zum Rotor hin orientiert und dichtet so die Nut 12 gegen den Luftspalt ab, um ein Auslaufen von Kühlmittel 100 zu vermeiden.
Fig. 3 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Teil eines Blechpaketes 11, mit einer Nut 12, in die ein Nuteinsatz 3 eingesetzt ist. Ferner sind noch elektrische Leiter 2 in der Nut
12 zu erkennen. Der Nuteinsatz 3 ist in diesem Beispiel durch eine Arretiernase 33 am Blechpaket 11 befestigt. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil eines Blechpakets 11 mit einer Nut 12. In die Nut 12 ist ein Nuteinsatz 3, wie vorstehend bereits beschrieben, eingesetzt. Dargestellt ist insbesondere auch die am Nuteinsatz 3 ausgebildete geschlossene Fläche 32.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Stators 1 mit Blech- paket 11. Von den elektrischen Leitern sind Wickelköpfe 23 dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform sind Kappen 5 vorgesehen, welche, in zusammengesetztem Zustand der gezeigten Anordnung, um die Wickelköpfe 23 einen Bereich für Kühlmittel 100 defi nieren. Zur Abdichtung zwischen dem Bereich für Kühlmittel 100 und dem Blechpaket 11 des Stators 1 sind hier Dichtringe 51 vorgesehen. Die Kappen 5 weisen einen Zulauf bzw. Ablauf 52 für Kühlmittel 100 auf.
Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch einen Teil eines Stators 1. Gezeigt sind Wickelköpfe 23, Kappen 5 und von den Kappen 5 definierte Bereiche 53 für Kühlmittel 100 um die Wi ckelköpfe 23.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stators 1 mit Blechpaket 11. Hier ist der Abstandshalter durch zwei Fixierscheiben 4 an den axialen Enden des Stators 1 gegeben. Aus perspektivischen Gründen ist nur eine Fixierscheibe 4 erkennbar. Die Fixierscheibe 4 weist Arretierungsnoppen 41 zur Fixierung des elektri schen Leiters 2 auf, um so die definierten Abstände 22 in den Nuten 12 zu gewährleis ten. In der gezeigten Ausführungsform weist die Fixierscheibe 4 ferner eine geschlosse- ne Kontur 42 am radial inneren Umfang des Stators 1 auf, was die Abdichtung des Blechpakets 11 und die dichte Verbindung mit Kappen 5 begünstigt.
Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt aus einer der in der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform verwendeten Fixierscheiben 4. Zu erkennen sind die Arretierungsnoppen 41 und die geschlossene Kontur 42. Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf eine Nut 12 mit darüber liegender Fixierscheibe 4, von welcher nur ein Teil gezeigt ist. Dargestellt sind ferner die elektrischen Leiter 2 der Wick lungen des Stators 1 , die in der Nut 12 platziert sind und von Arretierungsnoppen 41 fixiert werden. Ebenso ist ein Teil der geschlossenen Kontur 42 zu erkennen. Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine 200. Die elektrische Maschine 200 umfasst einen erfindungsgemäßen Stator 1 , einen Rotor 300, ein Gehäuse 400 und eine Welle 301 des Rotors 300. Hier ist eine Momen tenabstützung 13 aus elektrisch isolierendem Material vorgesehen, welche den Stator 1 mechanisch mit dem Gehäuse 400 verbindet, in der gezeigten Ausführungsform, ohne die Erfindung darauf zu beschränken, durch eine Schraubverbindung 14. Hierdurch wird eine mechanische Fixierung des Stators 1 gegenüber dem Gehäuse 400 erzielt, ohne dass dabei eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Stator 1 und Gehäuse 400 ge geben ist. Daher wird eine erforderliche Basisisolierung erzielt, ohne dazu Isolationsma terial in den Nuten 12 des Stators 1 einsetzen zu müssen. Durch den Verzicht auf das Isolationsmaterial in den Nuten 12 wird der Wärmeübergang von dem elektrischen Lei ter 2 auf das Kühlmittel 100 verbessert.
Ferner weist hier die Welle 301 , welche den Rotor 300 trägt, an beiden Enden jeweils einen Flansch 70 aus elektrisch isolierendem Material auf. Jeder Flansch 70 ist jeweils mit einem Flansch 81 mechanisch verbunden, etwa, und ohne die Erfindung darauf zu beschränken, über eine Schraubverbindung 71. Jeder Flansch 81 wiederum ist mit einer Lagerwelle 82 verbunden. Jede Lagerwelle 82 ist in einem Lager 80 aufgenommen, welches im Gehäuse 400 vorgesehen ist. Somit ist letztlich die Welle 301 , und damit der Rotor 300, mechanisch in dem Gehäuse 400 gelagert, ohne dass eine elektrisch leiten de Verbindung zwischen Rotor 300 und Gehäuse 400 entlang der Welle 301 besteht.
Gezeigt ist ferner noch eine Drehachse 500 für die elektrische Maschine 200, um die sich die Welle 301 und der Rotor 300 bei Betrieb der elektrischen Maschine 200 drehen. Nur der Vollständigkeit halber wird erwähnt, dass die Figur 10 eine Schnittansicht durch die elektrische Maschine 200 zeigt, bei der nur ein Teil der elektrischen Maschine 200 auf einer Seite der Drehachse 500 dargestellt ist. Die Drehachse 500 definiert auch die axiale Richtung für den Stator 1 im Sinne dieser Anmeldung.
Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Ma schine 200. Die gezeigten Elemente wurden weitestgehend bereits im Kontext der Figur 10 erläutert. Der Unterschied der hier gezeigten Ausführungsform zu der in Figur 10 ge zeigten Ausführungsform besteht in der Ausgestaltung der Momentenabstützung 13 aus elektrisch isolierendem Material. Die Momentenabstützung 13 ist hier stirnseitig an ei nem Vorsprung 410 des Gehäuses 400 angebracht. Auch in dieser Ausgestaltung ist eine mechanische Fixierung des Stators 1 gegenüber dem Gehäuse 400 erzielt, ohne dass dabei eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Stator 1 und Gehäuse 400 ge- geben ist. Die Momentenabstützung 13 ist hier mit Stator 1 und Vorsprung 410 durch Schraubverbindungen 14 verbunden, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist.
Bezugszeichenliste
1 Stator
2 elektrischer Leiter
3 Nuteinsatz 4 Fixierscheibe
5 Kappe
11 Blechpaket
12 Nut
13 Momentenabstützung 14 Schraubverbindung
21 Lackierung
22 Abstand
23 Wickelkopf
31 Steg 32 geschlossene Fläche
33 Arretiernase
41 Arretierungsnoppen
42 geschlossene Kontur
51 Dichtringe 52 Zulauf / Ablauf
70 Flansch
71 Schraubverbindung
80 Lager
81 Flansch 82 Lagerachse
100 Kühlmittel
200 elektrische Maschine
300 Rotor
301 Welle 400 Gehäuse
410 Vorsprung
500 Drehachse

Claims

Patentansprüche
1. Stator (1 ) für eine elektrische Maschine (200), der Stator (1 ) umfassend ein Blechpaket (11) und Windungen aus einem zumindest abschnittsweise in Nuten (12) des Stators (1) geführten elektrischen Leiter (2), gekennzeichnet durch einen Abstandshalter (3, 4), der in einer Nut (12) einen definierten Abstand (22) zwischen dem elektrischen Leiter (2) und dem Blechpaket (11) gewährleistet.
2. Stator (1 ) nach Anspruch 1 , wobei der Abstandshalter ein Nuteinsatz (3) ist.
3. Stator (1) nach Anspruch 2, wobei der Nuteinsatz (3) zu einer Nutöffnung hin, welche in der elektrischen Maschine (200) einem Luftspalt zu einem Rotor (300) der elektrischen Maschine (200) zugewandt ist, eine geschlossene Fläche (32) bildet.
4. Stator (1) nach Anspruch 1 , wobei der Abstandshalter durch zwei an axial ge genüberliegenden Enden des Stators (1) vorgesehene Fixierscheiben (4) gege- ben ist, in welchen Arretierungsnoppen (41) für den elektrischen Leiter (2) vorge sehen sind.
5. Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine gegenüber dem Blechpaket (11) abgedichtete Kappe (5) vorgesehen ist, welche in einer Umgebung von Wickelköpfen (23) des Stators (1) einen Bereich (53) zur Aufnahme eines Kühlmittels (100) definiert.
6. Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer Nut (12) zwischen elektrischem Leiter (2) und Blechpaket (11) ein Kühlmittel (100) befind lich ist.
7. Elektrische Maschine (200) mit einem Stator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Elektrische Maschine (200) nach Anspruch 7, wobei ein Abscheider für Kühlmittel (100) vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, aus dem Stator (1) ausgetretenes Kühlmittel (100) in einen Kühlkreislauf des Stators (1) zurückzuführen.
9. Elektrische Maschine (200) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Stator (1) über eine elektrisch isolierende Momentenabstützung (13) mit einem Gehäuse (400) der elektrischen Maschine (200) mechanisch verbunden ist.
10. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine (200) nach einem der An sprüche 7 bis 9, wobei ein Zwischenraum zwischen elektrischem Leiter (2) und Blechpaket (11) in einer Nut (12) des Stators (1) der elektrischen Maschine (200) von einem Kühlmittel (100) durchströmt wird.
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